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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Heizanlage für ein Gebäude. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Heizanlage.
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Gebäude, insbesondere Wohngebäude oder Industriegebäude, weisen üblicherweise eine Wärmegewinnungseinrichtung auf, mittels der aus einem Primärenergieträger durch Umwandlung (typischerweise durch Verbrennung) Wärme erzeugt werden kann. Die Wärme dient insbesondere der Beheizung des Gebäudes oder aber der Bereitstellung von Warmwasser. Beispielsweise weist ein Wohngebäude eine Gasbrennwertheizanlage auf, mittels der über eine Leitung zugeführtes Erdgas durch Verbrennung in Wärme umgewandelt wird. Typischerweise entstehen bei der Umwandlung der Wärme aus dem Primärenergieträger Schadstoffemissionen. Diese Schadstoffemissionen weisen typischerweise unterschiedliche Schadstoffarten auf, die mit Blick auf die Luftqualität sich als relevant erwiesen haben. Beispielhaft seien CO2, NOX2 und Feinstaub als relevante Schadstoffarten genannt. Wesentlich dabei ist, dass je nach Art des Primärenergieträgers bzw. der Wärmegewinnungseinrichtung die Schadstoffarten in unterschiedlicher Konzentration, bezogen auf die erzeugte Wärmemenge, entstehen. Hierzu wird beispielhaft auf die Tabelle in der 1 (Quelle: https://www.effizienzhaus-online.de/heizung-energietraeger-und-klimabilanz; Stand 15.06.2018) verwiesen, aus der für die Primärenergieträger Heizöl, Erdgas, Holzpellets, Holzhackschnitzel, Stückholz und Strom neben den erwähnten Schadstoffarten noch das sogenannte CO2-Äquivalent aufgeführt ist.
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Die für den Menschen relevante Luftqualität ergibt sich insbesondere aus der Summe der Schadstoffemissionen, die auch von Gebäuden im Umkreis eines bestimmten Gehäuses erzeugt werden. Da diese Gebäude typischerweise nicht zwangsläufig mit denselben Arten von Wärmegewinnungseinrichtungen bzw. denselben Primärenergieträgern betrieben werden, und darüber hinaus auch die Leistung der Heizanlagen unterschiedlich groß ist und ggf. die Heizanlagen auch noch zu unterschiedlichen Zeiten und unterschiedlich lange betrieben werden, kann es beispielsweise dazu kommen, dass bei entsprechenden Windverhältnissen die Zusammensetzung und Konzentration der unterschiedlichen Schadstoffarten bzw. die Luftqualität in einem bestimmten Gebiet durch den Betrieb einer großen Industrieanlage mit entsprechend hohen Schadstoffemissionen bestimmt wird. Werden nun die Heizanlagen in den Gebäuden im Umkreis dieser Industrieanlage mit denselben Primärenergieträgern betrieben, so ergibt sich insgesamt beispielsweise ein besonders hoher Anteil von bestimmten Schadstoffarten. Derartig hohe Anteile bestimmter Schadstoffarten können jedoch ggf. gesundheitsgefährdende Auswirkungen beim Menschen erzeugen, die vermieden werden sollen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Heizanlage für ein Gebäude mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie in Abhängigkeit der einer Steuereinrichtung der Heizanlage als Eingangsgröße zugeführten Umweltdaten einen Primärenergieträger gezielt derart auswählt, dass die Emission bestimmter Schadstoffarten durch die Wahl des Primärenergieträgers minimiert ist bzw. zumindest relativ gering ist. Dadurch wird einer weiteren Erhöhung der Konzentration bestimmter Schadstoffarten entgegengesteuert. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Heizanlage des Gebäudes wenigstens eine Wärmegewinnungseinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, mit wenigstens zwei unterschiedlichen Primärenergieträgern betrieben zu werden. In Abhängigkeit des gewählten Primärenergieträgers ergibt sich dadurch, bezogen auf die erzeugte Energiemenge, auch eine unterschiedliche Menge bzw. Konzentration der unterschiedlichen Schadstoffarten, wie dies anhand der 1 verdeutlicht ist.
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Unter Schadstoffen werden hierbei verständlicherweise Stoffe oder Stoffgemische verstanden, die schädlich für Menschen, Tiere, Pflanzen oder andere Organismen sowie das ganze Ökosysteme sein können.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Heizanlage für ein Gebäude sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Um anhand der erfassten bzw. der der Steuereinrichtung als Eingangsgröße zugeführten Umweltdaten den geeigneten Primärenergieträger auszuwählen, weist die Steuereinrichtung der erfindungsgemäßen Heizanlage einen Algorithmus auf, der in Abhängigkeit unterschiedlicher Umweltdaten den Primärenergieträger auswählt.
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Insbesondere kann es dabei vorgesehen sein, dass der Algorithmus den Primärenergieträger anhand mehrerer, zeitlich aufeinanderfolgender der Steuereinrichtung als Eingangsgröße zugeführten Umweltdaten auswählt. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise relativ kurzzeitig schwankende Umweltdaten nicht zwangsläufig zu einer damit einhergehenden kurzfristigen Auswahl bzw. Änderung des Primärenergieträgers führt. Dies vor dem Hintergrund, dass beispielsweise beim Start einer fossile Brennstoffe verarbeitenden Wärmegewinnungseinrichtung zu Beginn bzw. vor Erreichen eines stabilen Betriebszustands bei einer zu geringen Betriebstemperatur jeweils erhöhte Schadstoffemissionen auftreten können. Ziel ist es daher, anhand der zugeführten Umweltdaten nicht nur sehr kurzfristig auf die Umweltdaten zu reagieren, sondern den Betrieb der Wärmegewinnungseinrichtung derart zu optimieren, dass diese während ihres Betriebs insgesamt möglichst wenig Schadstoffe einer bestimmten Schadstoffart erzeugt.
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Die Bereitstellung der Umweltdaten kann auf unterschiedliche Art und Weise, ggf. in Kombination miteinander, erfolgen. In einer ersten Ausführungsform werden die Umweltdaten mittels einer gebäudenahen Messstation ermittelt und der Steuereinrichtung der Heizanlage zugeführt. Gemeint ist hierbei, dass beispielsweise im Dachbereich des Gebäudes eine die relevanten Umweltdaten erfassende Messstation für die Schadstoffarten angeordnet sein kann. Dabei werden jedoch lediglich die in der unmittelbaren Gebäudenähe erfassten Emissionen berücksichtigt.
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Daher kann es in Kombination oder alternativ hierzu vorgesehen sein, dass die Umweltdaten gebäudeunabhängig erfassbar und der Steuereinrichtung beispielsweise durch drahtlose Kommunikationsmittel zuführbar sind. Hierbei kann beispielsweise ein Netzwerk von in einem Gebiet vorgesehenen Messstationen Verwendung finden, deren erfasste Umweltdaten zentral verarbeitet werden, um dann beispielsweise via Internet der Steuereinrichtung in einem Gebäude die Umweltdaten zuzuführen. Dabei ist es vorteilhaft, dass beispielsweise durch eine entsprechende Bearbeitung der Daten und die Erfassung sonstiger Randbedingungen, beispielsweise der Kenntnis der Betriebsdauer großer Heizanlagen von Industriegebäuden, die Luftqualität bzw. die Zusammensetzung der Schadstoffarten in einem größeren Gebiet gezielt beeinflusst werden kann. Auch können die Umweltdaten aus einer Cloud stammen.
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Besonders vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn die Heizanlage derart ausgebildet ist, dass wenigstens zwei Primärenergieträger verarbeitet werden können, die in Bezug auf die gleichen Schadstoffarten (stark) unterschiedliche Schadstoffemissionen pro erzeugter Wärmemenge aufweisen. Dadurch wird die Wirksamkeit der Beeinflussung der Luftqualität durch die Wahl des geeigneten Primärenergieträgers begünstigt.
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Weiterhin umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer Heizanlage, insbesondere einer soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Heizanlage, wobei die Heizanlage dazu ausgebildet ist, unterschiedliche Primärenergieträger mit unterschiedlicher Konzentrationen von erzeugten Schadstoffarten in Wärme umzuwandeln, und wobei durch eine Steuereinrichtung der Primärenergieträger ausgewählt wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
- 1 eine Tabelle der Emission unterschiedlicher Schadstoffarten bei der Verbrennung/Nutzung unterschiedlicher Primärenergieträger je kW/h und
- 2 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Heizanlage in einem Gebäude zur Verarbeitung/Nutzung unterschiedlicher Primärenergieträger.
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In der 1 ist in tabellarischer Übersicht beispielhaft dargestellt, wie sich die Nutzung/Verbrennung unterschiedlicher Primärenergieträger in unterschiedliche Konzentrationen unterschiedlicher Schadstoffarten auswirkt. Beispielhaft erkennt man, dass bei der Erzeugung von Energie mittels Erdgas keinerlei Feinstaub erzeugt wird, jedoch etwa 50% mehr CO2 als bei der Nutzung von Heizöl zur Erzeugung der gleichen Wärmemenge. Insbesondere erkennt man anhand der Tabelle, dass für die ausgewählten Primärenergieträger kein Primärenergieträger für die Schadstoffarten CO2, NOX2 und Feinstaub in allen Kategorien jeweils die geringste Schadstoffemission je erzeugter Wärmeenergiemenge aufweist. Die Wahl eines bestimmten Primärenergieträgers ist somit im Vergleich zu einem anderen Primärenergieträger zumindest in Bezug auf eine Schadstoffart nicht optimal.
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In der 2 ist ein Gebäude 1, beispielhaft ein Wohngebäude dargestellt, das eine Heizanlage 10 aufweist. Die Heizanlage 10 umfasst zwei Wärmegewinnungseinrichtungen 11, 12, die zur Verarbeitung bzw. zum Betrieb mit unterschiedlichen Primärenergieträgern 2, 3 ausgebildet sind. Beispielsweise kann es sich bei der Wärmegewinnungseinrichtung 11 um eine mit Gas als Primärenergieträger 2 betriebene Brennwertheizung handeln. Bei der Wärmegewinnungseinrichtung 12 handelt es sich beispielsweise um eine Einrichtung, die dazu geeignet ist, Holzpellets als Primärenergieträger 3 zu verarbeiten.
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Die beiden Wärmegewinnungseinrichtungen 11, 12 werden von einer gemeinsamen Steuereinrichtung 15 angesteuert, die die Wärmegewinnungseinrichtung 11, 12 anhand der Steuereinrichtung 15 als Eingangsgröße zugeführten Umweltdaten auswählt. Bei den Umweltdaten handelt es sich insbesondere um Daten einer Luftqualitätsmessung, die Resultate bzgl. der Konzentration der in der Tabelle angeführten unterschiedlichen Schadstoffarten liefert. Diese Umweltdaten werden beispielhaft mittels einer am Dachbereich des Gebäudes 1 angeordneten Messstation 18 ermittelt, welche die gewonnenen Umweltdaten bzw. Konzentrationen der unterschiedlichen Schadstoffarten der Steuereinrichtung 15 zuführt.
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Alternativ oder zusätzlich hierzu können beispielhaft über eine Leitung 19 der Steuereinrichtung 15 Umweltdaten zugeführt werden, die über das Internet oder über eine Cloud bzw. drahtlos bereitgestellt werden, beispielsweise unter Auswertung eines Netzes von unterschiedlichsten Messstationen in einem Messgebiet in einem größeren Umkreis des Gebäudes 1.
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Weiterhin umfasst die Steuereinrichtung 15 einen Algorithmus 20, insbesondere als Bestandteil der Steuereinrichtung 15, der in Abhängigkeit der zugeführten Umweltdaten bzw. Schadstoffarten diejenige Wärmegewinnungseinrichtung 11, 12 auswählt, bei der die über Kamine 21, 22 der Wärmegewinnungseinrichtungen 11, 12 emittierten Schadstoffe im Sinne einer Beeinflussung der Luftqualität mit Blick auf die Zusammensetzung und/oder Menge der unterschiedlichen Schadstoffarten gezielt zu beeinflussen.
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Die soweit beschriebene Heizanlage 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
